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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten von JustierMikroskopen. In dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine Justiermaske verwendet, auf deren einen Seite sich Justiermarken befinden und deren andere Seite teil- oder vollverspiegelt ist. Das senkrechte Ausrichten von Justiermikroskopen wird benötigt, wenn sich die zu positionierenden Justiermarken in unterschiedlichen Objektabständen befinden.
Justier-Mikroskope, insbesondere sogenannte BSA-(Bottom-Side-Alignment-)Mikroskope, werden benötigt, wenn Substrate bzw. Wafer, die ihre Justiermarken auf der Unterseite haben, zu Belichtungsmasken ausgerichtet werden sollen. Ein Aufbau eines Justier-Systems ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Vor dem Laden des Wafers 2 in das System wird das Mikroskop 1 zunächst auf die Justiermarke der Belichtungsmaske 3 fokussiert und das Bild dieser Marke zentriert. Die Position der Justiermarke wird gespeichert, und anschliessend wird der Wafer 2 zwischen das Mikroskop 1 und die Maske 3 eingebracht. Danach wird das Mikroskop auf die Justiermarke, die sich auf dem Wafer 2 befindet, fokussiert.
Schliesslich wird die Position des Wafers 2 in der Fokusebene so lange verändert, bis die Marke auf dem Wafer 2 zu der Marke auf der Maske 3 ausgerichtet ist; hierzu wird auf einem Monitor die zunächst gespeicherte Position der Marke auf der Maske 3 mit der aktuellen Position der Marke auf dem Wafer 2 überlagert und so die Ausrichtung ermöglicht.
Während dieses Ausrichtungsvorgangs muss das Justier-Mikroskop 1 stark umfokussiert werden. Dies setzt aber voraus, dass das Mikroskop 1 zuvor genau ausgerichtet wurde, dass sich also die optische Achse 11des Mikroskops 1 möglichst genau senkrecht zu der Ebene der Maske 3 bzw. des Wafers 2 befindet.
Bekannte Verfahren zum Ausrichten von Justier-Mikroskopen verwenden sogenannte Doppelmarkenmasken. In Figur 2 (a) ist schematisch ein Aufbau zum Ausführen eines solchen bekannten Ausrichtungsverfahrens gezeigt. Die (durchsichtigen) Doppelmarkenmasken 4 weisen auf der Oberseite 42 sowie auf der Unterseite 41 Justiermarken, beispielsweise Kreuzstrukturen, 44 bzw. 43, auf, die vom Maskenhersteller zueinander ausgerichtet wurden. Zum Ausrichten des Justier-Mikroskops wird eine Doppelmarkenmaske 4 anstelle der Maske 3 in das Justier-System geladen. Die Ausrichtung erfolgt dadurch, dass das Mikroskop zuerst auf die Justiermarke 43 auf der Unterseite 41 der Doppelmarkenmaske fokussiert wird.
Nachdem das Mikroskop 1 so eingestellt wurde, dass sich die Justiermarke 43 im Fokus befindet, wird deren Position gespeichert und danach das Justier-Mikroskop 1 auf die Maskenoberseite 42 umfokussiert. Die zuvor gespeicherte Position der Justiermarke 43 wird anschliessend mit dem "Live"Bild der Justiermarke 44 verglichen. Das Justier-Mikroskop 1 wird so lange ausgerichtet, bis sich die Justiermarken in beiden Bildern übereinander und in Deckung befinden. Zur Vereinfachung der Ausrichtung können die oberen Kreuzstrukturen 44 auch in Form von Doppellinien ausgeführt sein.
Doppelmarkenmasken, bei denen die Justiermarken auf der Ober- und Unterseite der Maske mit der geforderten Genauigkeit zueinander ausgerichtet wurden, sind extrem schwierig herzustellen. Die Herstellung solcher Doppelmarkenmasken ist daher sehr teuer. Die US-B-6 340 821 beschreibt ein Projektionsokular und ein Verfahren zum Ausrichten gemusterter Bereiche auf einer Substratoberfläche, die eine mikrooptische Vorrichtung auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats aufweist. In dem darin beschriebenen Verfahren zum Ausrichten des Justier-Mikroskops mit der optischen Achse einer der Mikro-Spiegelvorrichtungen wird, nachdem der Maskaligner grob mit dem Spiegel auf dem Substrat ausgerichtet wurde, ein von dem Projektionsokular projiziertes reelles Bild eines Fadenkreuzes mit dem von dem Mikrospiegel reflektierten Bild des Fadenkreuzes verglichen.
Die DE 26 05 940 A1 beschreibt den prinzipiellen Grundaufbau eines Maskenjustiergeräts.
Die DE 31 16 634 A1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem zwei Substrate (Maske bzw.
Wafer) zueinander justiert werden. Dieses Verfahren setzt ein ausgerichtetes Mikroskop voraus.
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Die DE 40 00 785 beschreibt Justiermarken, die für das Justieren zweier Objekte genutzt werden können.
Die DE 100 188 10 A1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem Maske und Wafer zueinander ausgerichtet werden. Auch dieses Verfahren setzt ein ausgerichtetes Mikroskop voraus.
Die DE 101 53 851 A1 beschreibt einen Maskenadapter für unterschiedliche Maskengrössen.
Die DE 81 12 436 U1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem zwei ebene Gegenstände zueinander justiert werden.
Die DE 93 21 230 U1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem Maske und Wafer mit Hilfe eines Videomikroskops ausgerichtet werden. Auch bei diesem Verfahren wird ein ausgerichtetes Mikroskop vorausgesetzt.
Die DE 42 42 632 C1 beschreibt ein Justierverfahren zur Ausrichtung von Röntgenmasken mit Hilfe eines Autokollimationsfernrohrs.
Die DE 40 10 880 C1 beschreibt ein Justierverfahren zum Ausrichten von Maske zu Wafer.
Die JP 6325996 A sowie die JP 11097327 A beschreiben jeweils Maskenhalter.
Schliesslich zeigt die US 5 909 030 A den prinzipiellen Grundaufbau eines Belichtungsgerätes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens zum Ausrichten von Justier-Mikroskopen. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Ausrichten von Justier-Mikroskopen bereit, die insbesondere einfacher und kostengünstiger herzustellen ist und dabei die geforderte Genauigkeit bei der Ausrichtung des Mikroskops gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen enthaltenen Merkmale gelöst.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird anstelle einer Doppelmarkenmaske eine Justiermaske eingesetzt, auf deren einen Seite sich mindestens eine Justiermarke befindet und deren andere Seite verspiegelt ist. Die verspiegelte Seite kann hierbei teilweise (oder teildurchlässig) oder vollverspiegelt sein. Das Ausrichten der Justier-Mikroskope erfolgt analog zu dem bekannten Verfahren mit Doppelmarkenmaske: im Falle der vorliegenden Erfindung wird das Mikroskop zunächst auf eine der Justiermarken auf der Maskenunterseite fokussiert und vorzugsweise die Position bzw. das Mikroskopbild der Justiermarke gespeichert. Anschliessend wird das Mikroskop auf das Spiegelbild der Justiermarke umfokussiert.
Die Position (bzw. das Mikroskopbild) der gespiegelten Justiermarke wird dann mit der gespeicherten Position (bzw. mit dem gespeicherten Mikroskopbild) verglichen und danach das Justier-Mikroskop ausgerichtet bis die gespeicherte Position und die Position des Spiegelbilds bzw. beide Mikroskopbilder übereinstimmen.
Der Einsatz von verspiegelten Justiermasken hat gegenüber herkömmlichen Doppelmarkenmasken die folgenden Vorteile: Verspiegelte Justiermasken sind im Vergleich zu den bisher verwendeten Doppelmarkenmasken einfacher herzustellen, da die überaus schwierige Ausrichtung der Justiermarken auf der einen Seite zu den Marken auf der anderen Seite nicht notwendig ist. Dadurch sind verspiegelte Masken leichter verfügbar und deutlich preiswerter. Weiterhin ist die Genauigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens grösser als die herkömmlicher Verfahren, da Positionierfehler beim Schreiben der Maske vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
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Figur 1 schematisch den Aufbau eines Justier-Mikroskopsystems; Figur 2 schematisch den Aufbau zum Ausrichten eines Justier-Mikroskops (a) mittels einer bekannten Doppelmarkenmaske und (b) bzw. (c) mittels einer verspiegelten Justiermaske gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei in (c) zusätzlich eine transparente planparallele Platte zur Korrektur der Spiegelbildebenen verwendet wird; Figur 3 eine Skizze zur Verdeutlichung des durch den Keilfehler einer erfindungsgemässen Justiermaske verursachten Justierfehlers; und Figuren 4 (a) bis (d) Skizzen möglicher Lösungen, die es erlauben, die Verlagerung des JustierMikroskops zu vermeiden.
Figur 2 (b) zeigt schematisch einen Aufbau zum Ausrichten eines Justier-Mikroskops mittels einer verspiegelten Justiermaske gemäss der vorliegenden Erfindung. Die Justiermaske 5 trägt an der dem Mikroskop zugewandten Seite 51 eine oder mehrere Justiermarken 53, die Rückseite 52 der Justiermaske 5 ist mindestens im Bereich der Justiermarke 53 teilweise oder ganz verspiegelt. Dadurch liegt das durch die verspiegelte Fläche 52 erzeugte Spiegelbild 53' der Justiermarke 53 bezogen auf die verspiegelte Fläche 52 - jedenfalls bei exakt paralleler Oberund Unterseite der Maske im Bereich der Justiermarke 53 - exakt senkrecht gegenüber der Justiermarke 53.
Diese Eigenschaft, dass nämlich die beiden Justiermarken bezogen auf eine Ebene der Justiermaske exakt gegenüberliegend angeordnet sind, konnte bei den bekannten Doppelmarkenmasken 4, bei denen die Justiermarken beidseitig angebracht sind, nie exakt erreicht werden und ist mit geringer Toleranz nur mit extremem Aufwand zu fertigen. Die Justiermasken 5 der vorliegenden Erfindung müssen dabei nur halb so dick sein wie bekannte Doppelmarkenmasken 4.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird das Justier-Mikroskop 1 auf die auf der einen Seite 51 der Justiermaske befindlichen Justiermarken 53 fokussiert, vorzugsweise das Bild einer der Justiermarken zentriert und die Position der Justiermarke gespeichert. Anschliessend wird das Mikroskop auf das durch die verspiegelte Seite 52 (Spiegelbereich 54) erzeugte Spiegelbild 53' der Justiermarke 53 umfokussiert. Bevorzugt wird die Position des nun sichtbaren Spiegelbilds 53' und die zuvor gespeicherte Position der Justiermarke 53 gleichzeitig, etwa auf einem Monitor, dargestellt (überlagert). Das Mikroskop 1 wird nun so lange ausgerichtet bis die Position des Spiegelbilds 53' und die zuvor gespeicherte Position der Justiermarke 53 übereinstimmen.
Das Ausrichten des Mikroskops ist ein iterativer Prozess, bei dem sich sowohl die Position der Justiermarke 53 als auch die des Spiegelbilds 53' verändern.
In Figur 3 ist schematisch ein bei Verwendung einer erfindungsgemässen Justiermaske möglicherweise auftretender Justierfehler dargestellt, der auf Grund eines Keilfehlers der Maske entsteht. Der Justierfehler f ergibt sich durch die folgende Gleichung aus der Maskendicke d und dem Keilfehler (Keilwinkel) # der Maske: f=2*d*ö.
Bei Masken mit einem Parallelitätsfehler von 5 um ergibt sich für eine quadratische Maske von 7" x 7" (17,8 cm x 17,8 cm) Kantenlänge ein Keilfehler von 5,8 Bogensekunden ; einer Mas- kendicke von 2 mm ergibt sich dann ein Justierfehler von 0,11 um, bei einer Maskendicke von 3 mm ein Justierfehler von 0,17 um und bei einer Maskendicke von 4,5 mm ein Justierfehler von 0,25 um. Die so errechneten Justierfehler sind allein durch den Keilfehler der Justiermaske bzw. durch die Neigung der Spiegelfläche gegenüber der Referenzfläche bedingt. Der Justierfehler ist dabei (bei den auftretenden kleinen Keilwinkeln) direkt proportional zu der Parallelitätsabweichung der Maske.
Wird eine derartig einseitig verspiegelte Justiermaske wie eine Anwendungsmaske in den Maskenhalter geladen, ist eine Verlagerung des Fokussierbereichs des Justier-Mikroskops um den gesamten Fokussierbereich nach oben erforderlich, um die reelle und die virtuelle (gespiegelte) Marke im Justier-Mikroskop für die Justage sehen zu können. Dies ist notwendig, da bei der
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normalen Justier-Anwendung der oberste Fokuspunkt gerade eben die strukturierte Maskenebene erreichen muss und der gesamte Fokussierweg nach unten für Justierabstand und Substratdicke zur Verfügung steht.
Will man mit einer Justiermaske den gesamten Fokussierweg ausnutzen, um die bestmögliche Ausrichtung des Justier-Mikroskops zu erhalten, muss der unterste Fokuspunkt die unten liegende Marke und der oberste Fokuspunkt die oben liegende Marke, also bei Verwendung einer Justiermaske gemäss der vorliegenden Erfindung, das Spiegelbild der Marke erreichen können. Damit liegt aber das Justier-Mikroskop für den Justiervorgang um den gesamten Fokussierweg zu hoch.
Um diese Verlagerung des Fokussierbereichs zu kompensieren, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird nach dem Einjustieren das Justier-Mikroskop um den gesamten Fokussierbereich nach unten verlagert, um es anwendungsgerecht anzuordnen, oder die Justiermaske wird mit ihrer Markenebene um den gesamten Fokussierbereich unterhalb der jeweiligen Soll-Lage der Anwendungsmaske angeordnet.
In beiden Fällen entsteht eine zusätzliche Fehlerquelle, die bezüglich der dabei möglichen Richtungsfehler bei der Verlagerung des Justier-Mikroskops oder durch einen Parallelitätsfehler zwischen der Spiegelebene der Justiermaske und der Referenzebene die gleichen Justierfehler ergibt, wie sie oben berechnet wurden. Dabei handelt es sich bei dem angenommenen Wert von 5,8 Bogensekunden um eine sehr enge Toleranz.
Um eine Verlagerung des Justier-Mikroskops zu vermeiden, kann eine Justiermaske verwendet werden, die zusätzlich zu einer einseitig verspiegelten Maske eine Einrichtung aufweist, es ermöglicht, die Verlagerung des benötigten Fokussierbereichs zu kompensieren. Dazu kann beispielsweise die verspiegelte Maske, die auf der der verspiegelten Seite gegenüberliegenden Seite Justiermarken aufweist, mit der verspiegelten Seite auf eine Trägerplatte befestigt, z.B. aufgekittet sein. Dabei muss die Dicke der Trägerplatte so gross sein, dass der Fokussierbereich um den erforderlichen Abstand verlagert wird. Dadurch kann das Justier-Mikroskop nach dem Einjustiervorgang seine Lage beibehalten.
In den Figuren 4 (a) und (b) sind zwei bevorzugte Lösungen zum Vermeiden einer Verlagerung des Justier-Mikroskops skizziert. Der obere bzw. untere Fokuspunkt ist dabei mit FPo bzw. FPu bezeichnet, y ist der Abstand zwischen dem virtuellen Bild der Justiermarke und der Spiegelfläche und MD die Dicke einer üblichen Anwendungsmaske.
Die in der Figur 4 (a) gezeigte Top-Load-Variante erfordert eine Trägerplatte 55 mit einer ebenen Referenzfläche, an die eine Zwischenplatte 56 der Dicke y, die an der Unterseite 52 verspiegelt ist, befestigt wird. An diese Zwischenplatte 56 werden an erforderlicher Stelle Teilstücke 57, auf denen sich Justiermarken befinden, befestigt. Die Genauigkeitsanforderung besteht bei dieser Variante darin, dass die Spiegelfläche 52 der Zwischenplatte 56 zur Referenzfläche der Trägerplatte 55 nach dem Befestigen parallel ist.
Alternativ kann bei der Top-Load-Variante auf die Zwischenplatte 56 verzichtet werden und die Referenzfläche der Trägerplatte 55 verspiegelt werden. Dabei werden die beiden Fokuspunkte um das Mass y nach oben verlagert und der nutzbare Fokussierbereich um das Mass y verringert. Die erforderliche Parallelität der Spiegelfläche 52 zur Referenzfläche ist damit jedoch sehr gut gewährleistet.
Die in der Figur 4 (b) gezeigte Bottom-Load-Variante erfordert eine Trägerplatte 55, deren Dicke um das Mass y grösser ist, als eine übliche Anwendungsmaske. Die Unterseite 52 ist verspiegelt. An diese Trägerplatte 55 werden an erforderlicher Stelle Teilstücke 57, auf denen sich Justiermarken befinden, befestigt. Die Genauigkeitsanforderung dieser Variante besteht in der Parallelität der Trägerplatte 55.
Statt das Spiegelbild der Justiermarke wie oben beschrieben durch Aufbauten, wie der Zwi-
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schenplatte 56 bzw. der Teilstücke 57, in die Maskenebene zu legen, kann diese Korrektur der Spiegelbildebenen auch durch eine transparente planparallele Platte zwischen der Justiermaske und dem Justier-Mikroskop erreicht werden. Ein solcher Aufbau ist schematisch in der Figur 2 (c) gezeigt. Die Dicke bzw. der Brechungsindex der Korrekturplatte 61 kann hierbei so ausgewählt werden, dass die nötige Verschiebung der Spiegelbildebene erreicht wird. Beispielsweise kann eine Glasplatte verwendet werden. Wie in den Figuren 4 (c) bzw. (d) gezeigt wird, kann die Korrekturplatte 61 entweder direkt an der Justiermaske befestigt werden oder in dem optischen Strahlengang zwischen Mikroskop und Justiermaske gehalten werden.
Eine Richtungsänderung des Justier-Mikroskops nach der Einjustierung durch Verstellen in der z-Richtung, d. h. in der Richtung senkrecht zur Ebene der Maske, aber auch beim Verschieben in der x-y-Ebene, d. h. parallel zur Maskenebene, erzeugt den gleichen Justierfehler, wie ein Keilfehler zwischen der Spiegelfläche und der Referenzebene. Zur Berechnung des dabei entstehenden Justierfehlers gut dabei die gleiche Formel wie für die Berechnung des Justierfehlers auf Grund des Keilfehlers der Maske. Für den Keilfehler muss hierbei nur der Richtungsfehler bei der Verschiebung eingesetzt werden. Bei dem Justierverfahren und zusammengesetzten Justiermasken gemäss der vorliegenden Erfindung gibt es deshalb keinen Grund, das JustierMikroskop in z-Richtung verstellbar zu machen.
Patentansprüche: 1. Verfahren zum Ausrichten eines Justier-Mikroskops (1 ) mit den Schritten: (a) Bereitstellen einer Justiermaske (5), auf deren einen Seite (51) sich mindestens eine
Justiermarke (53) befindet und deren andere Seite (52) zumindest in dem Bereich (54), der der Justiermarke (53) gegenüberliegt, verspiegelt ist ; (b) Fokussieren des Mikroskops (1) auf die Justiermarke (53); (c) Umfokussieren des Mikroskops (1) auf das durch die verspiegelte Seite (52) erzeugte
Spiegelbild (53') der Justiermarke (53); (d) Vergleichen der Position der Justiermarke (53) und des erzeugten Spiegelbilds (53') der Justiermarke (53);
(e) Ausrichten des Mikroskops (1), um die Justiermarke (53) mit deren Spiegelbild (53') zur Deckung zu bringen ; (f) Wiederholen der Schritte (b) bis (e) bis der Vergleich in Schritt (d) ergibt, dass die Jus- tiermarke (53) und das Spiegelbild (53') der Justiermarke (53) aufeinander ausgerich- tet sind.
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The invention relates to a method and a device for aligning JustierMikroskopen. In the method according to the invention, an adjustment mask is used, on one side of which alignment marks are located and the other side of which is partially or fully mirrored. The vertical alignment of Justiermikroskopen is required when the alignment marks to be positioned are in different object distances.
Adjustment microscopes, in particular so-called BSA (bottom-side alignment) microscopes, are required when substrates or wafers having their alignment marks on the underside are to be aligned to exposure masks. A construction of an adjustment system is shown schematically in FIG. Before loading the wafer 2 into the system, the microscope 1 is first focused on the alignment mark of the exposure mask 3 and the image of this mark is centered. The position of the alignment mark is stored, and then the wafer 2 is inserted between the microscope 1 and the mask 3. Thereafter, the microscope is focused on the alignment mark, which is located on the wafer 2.
Finally, the position of the wafer 2 in the focal plane is changed until the mark on the wafer 2 is aligned with the mark on the mask 3; For this purpose, the initially stored position of the mark on the mask 3 is superimposed on the monitor with the current position of the mark on the wafer 2 on a monitor, thereby enabling alignment.
During this alignment process, the alignment microscope 1 must be strongly refocused. However, this presupposes that the microscope 1 has previously been precisely aligned, ie that the optical axis 11 of the microscope 1 is as exactly perpendicular to the plane of the mask 3 or the wafer 2 as possible.
Known methods for aligning alignment microscopes use so-called double-marker masks. In Fig. 2 (a), a structure for carrying out such a known alignment method is schematically shown. The (transparent) double-mark masks 4 have on the top 42 and on the bottom 41 alignment marks, for example, cross structures, 44 and 43, which have been aligned with each other by the mask manufacturer. For aligning the alignment microscope, a double-mark mask 4 is loaded in place of the mask 3 in the alignment system. Alignment is accomplished by first focusing the microscope on the alignment mark 43 on the underside 41 of the dual mark mask.
After the microscope 1 has been adjusted so that the alignment mark 43 is in focus, its position is stored and then the alignment microscope 1 is focussed on the mask top 42. The previously stored position of the alignment mark 43 is then compared with the "live" image of the alignment mark 44. The alignment microscope 1 is aligned until the alignment marks in both images are one above the other and in line. For ease of alignment, the upper cross structures 44 may also be in the form of double lines.
Dual mark masks, where the alignment marks on the top and bottom of the mask have been aligned with the required accuracy, are extremely difficult to manufacture. The production of such double-brand masks is therefore very expensive. US-B-6 340 821 describes a projection eyepiece and method for aligning patterned areas on a substrate surface having a micro-optical device on an opposite surface of the substrate. In the method described therein for aligning the alignment microscope with the optical axis of one of the micro-mirror devices, after the mask aligner has been roughly aligned with the mirror on the substrate, a real image of a reticle projected from the projection eyepiece is reflected with the mirror reflected from the micromirror Image of the crosshair compared.
DE 26 05 940 A1 describes the basic basic structure of a Maskenjustiergeräts.
DE 31 16 634 A1 describes an adjustment method in which two substrates (mask or
Wafer) are adjusted to each other. This procedure requires an aligned microscope.
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DE 40 00 785 describes alignment marks that can be used for adjusting two objects.
DE 100 188 10 A1 describes an adjustment method in which the mask and wafer are aligned with each other. This method also requires an aligned microscope.
DE 101 53 851 A1 describes a mask adapter for different mask sizes.
DE 81 12 436 U1 describes an adjustment method in which two flat objects are adjusted to each other.
DE 93 21 230 U1 describes an adjustment method in which the mask and wafer are aligned with the aid of a video microscope. Also in this method, an aligned microscope is required.
DE 42 42 632 C1 describes an adjustment method for aligning X-ray masks with the aid of an autocollimation telescope.
DE 40 10 880 C1 describes an adjustment method for aligning mask to wafer.
JP 6325996 A and JP 11097327 A each describe mask holders.
Finally, US 5,909,030 A shows the basic principle of an exposure device.
The object of the present invention is to provide an improved method for aligning alignment microscopes. Furthermore, the present invention provides an improved device for aligning alignment microscopes, which in particular is simpler and less expensive to produce, while ensuring the required accuracy in the alignment of the microscope.
This object is achieved by the features contained in the claims.
In the method according to the invention, instead of a double-mark mask, an adjustment mask is used on one side of which at least one alignment mark is located and whose other side is mirrored. The mirrored side may hereby be partially (or partially transparent) or fully mirrored. Alignment of the alignment microscopes is analogous to the known method with double-brand mask: in the case of the present invention, the microscope is first focused on one of the alignment marks on the mask base and preferably stored the position or the microscope image of the alignment mark. Subsequently, the microscope is refocused on the mirror image of the alignment mark.
The position (or the microscope image) of the mirrored alignment mark is then compared with the stored position (or with the stored microscope image) and then aligned with the alignment microscope until the stored position and the position of the mirror image or both microscope images match.
The use of mirrored adjustment masks has the following advantages over conventional dual-mask masks: Mirrored adjustment masks are easier to manufacture compared to the double-masks used hitherto because the extremely difficult alignment of the alignment marks on one side to the marks on the other side is not necessary. As a result, mirrored masks are more readily available and much cheaper. Furthermore, the accuracy of the inventive method is greater than the conventional methods, since positioning errors are avoided when writing the mask.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it :
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FIG. 1 schematically shows the construction of an adjustment microscope system; 2 shows schematically the structure for aligning an alignment microscope (a) by means of a known double-mask and (b) or (c) by means of a mirrored Justiermaske according to the present invention, wherein in (c) additionally a transparent plane-parallel plate for correcting the Spiegelbildebenen is used; FIG. 3 shows a sketch to clarify the adjustment error caused by the wedge error of an adjustment mask according to the invention; and Figs. 4 (a) to (d) are sketches of possible solutions which allow the displacement of the alignment microscope to be avoided.
Figure 2 (b) shows schematically a structure for aligning an alignment microscope by means of a mirrored alignment mask according to the present invention. The Justiermaske 5 carries on the side facing the microscope 51 one or more Justiermarken 53, the back 52 of the Justiermaske 5 is at least in the region of the alignment mark 53 partially or completely mirrored. As a result, the mirror image 52 'of the alignment mark 53 produced by the mirrored surface 52 lies exactly perpendicular to the alignment mark 53 relative to the mirrored surface 52-at least in the case of an exactly parallel top and bottom of the mask in the region of the alignment mark 53.
This property, namely that the two Justiermarken are arranged opposite to a plane of the Justiermaske exactly opposite, could never be exactly achieved in the known double-brand masks 4, in which the alignment marks are mounted on both sides, and can be produced with low tolerance only with extreme effort. The Justiermasken 5 of the present invention must be only half as thick as known double-brand masks. 4
In the method according to the invention, the alignment microscope 1 is focused on the alignment marks 53 located on the one side 51 of the adjustment mask, preferably the image of one of the alignment marks is centered and the position of the alignment mark is stored. Subsequently, the microscope is refocused on the mirror image 53 'of the alignment mark 53 produced by the mirrored side 52 (mirror region 54). Preferably, the position of the now visible mirror image 53 'and the previously stored position of the alignment mark 53 at the same time, for example on a monitor, shown (superimposed). The microscope 1 is now aligned until the position of the mirror image 53 'and the previously stored position of the alignment mark 53 match.
The alignment of the microscope is an iterative process in which both the position of the alignment mark 53 and that of the mirror image 53 'change.
FIG. 3 schematically illustrates an adjustment error possibly occurring when using an adjustment mask according to the invention, which arises due to a wedge error of the mask. The adjustment error f is given by the following equation from the mask thickness d and the wedge error (wedge angle) # of the mask: f = 2 * d * ö.
For masks with a concurrency error of 5 .mu.m, a wedge error of 5.8 arcseconds results for a square mask of 7 "x 7" (17.8 cm x 17.8 cm) edge length; a mask thickness of 2 mm then results in an adjustment error of 0.11 μm, with a mask thickness of 3 mm an adjustment error of 0.17 μm and with a mask thickness of 4.5 mm an adjustment error of 0.25 μm. The thus calculated adjustment errors are caused solely by the wedge error of the adjustment mask or by the inclination of the mirror surface relative to the reference surface. The adjustment error is (in the occurring small wedge angles) directly proportional to the parallelism deviation of the mask.
If such an unidirectionally mirrored adjustment mask is loaded into the mask holder as an application mask, it is necessary to shift the focusing range of the alignment microscope upwards over the entire focusing area in order to see the real and the virtual (mirrored) mark in the alignment microscope for the adjustment can. This is necessary because of the
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normal adjustment application, the top focal point just has to reach the structured mask plane and the entire focusing path downwards for adjustment distance and substrate thickness is available.
If one wishes to use the entire focusing path with an adjusting mask in order to obtain the best possible alignment of the adjusting microscope, the lowermost focal point must be the mark lying below and the uppermost focal point the upper mark, ie when using an adjusting mask according to the present invention, the mirror image can reach the brand. But this is the Justier microscope for the adjustment process to the entire focusing too high.
In order to compensate for this shift of the focusing range, there are two possibilities: either the adjustment microscope is shifted downwards around the entire focusing area after adjustment, in order to arrange it in an appropriate manner, or the adjustment mask with its mark plane around the entire focusing range is below the respective target Location of the application mask.
In both cases, an additional source of error arises, which gives the same alignment errors with respect to the possible directional errors in the displacement of the alignment microscope or by a parallelism error between the mirror plane of the alignment mask and the reference plane, as calculated above. The assumed value of 5.8 seconds of arc is a very narrow tolerance.
In order to avoid a displacement of the alignment microscope, an alignment mask may be used, which in addition to a single-side mirrored mask has a device that makes it possible to compensate for the displacement of the required focus area. For this purpose, for example, the mirrored mask, which has alignment marks on the side opposite the mirrored side, is fastened with the mirrored side on a carrier plate, e.g. be patched up. The thickness of the carrier plate must be so large that the focusing area is shifted by the required distance. As a result, the adjustment microscope can maintain its position after the adjustment process.
In FIGS. 4 (a) and (b) two preferred solutions for avoiding a displacement of the alignment microscope are sketched. The upper or lower focus point is denoted by FPo or FPu, y is the distance between the virtual image of the alignment mark and the mirror surface and MD is the thickness of a conventional application mask.
The top-load variant shown in Figure 4 (a) requires a support plate 55 with a flat reference surface to which an intermediate plate 56 of thickness y, which is mirrored on the bottom 52, is attached. At this intermediate plate 56 are at the required location sections 57, on which alignment marks are attached. The accuracy requirement in this variant is that the mirror surface 52 of the intermediate plate 56 is parallel to the reference surface of the support plate 55 after attachment.
Alternatively, in the top-load variant, the intermediate plate 56 can be dispensed with and the reference surface of the carrier plate 55 can be mirrored. The two focus points are displaced upwards by the dimension y and the useable focusing area is reduced by the dimension y. However, the required parallelism of the mirror surface 52 to the reference surface is thus very well guaranteed.
The bottom-load variant shown in FIG. 4 (b) requires a support plate 55 whose thickness is greater by the dimension y than a conventional application mask. The bottom 52 is mirrored. To this support plate 55 are at the required location sections 57, on which alignment marks are attached. The accuracy requirement of this variant consists in the parallelism of the carrier plate 55.
Instead of the mirror image of the alignment mark as described above by structures such as the
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To put the plate 56 and the sections 57, in the mask plane, this correction of the mirror image planes can also be achieved by a transparent plane-parallel plate between the Justiermaske and the Justier microscope. Such a construction is shown schematically in Figure 2 (c). The thickness or the refractive index of the correction plate 61 can in this case be selected such that the necessary shift of the mirror image plane is achieved. For example, a glass plate can be used. As shown in Figures 4 (c) and (d), the correction plate 61 can either be attached directly to the alignment mask or held in the optical path between the microscope and the alignment mask.
A change in direction of the adjustment microscope after the adjustment by adjusting in the z-direction, d. H. in the direction perpendicular to the plane of the mask, but also when moving in the x-y plane, d. H. parallel to the mask plane, generates the same alignment error as a wedge error between the mirror surface and the reference plane. To calculate the resulting adjustment error well the same formula as for the calculation of the adjustment error due to the wedge error of the mask. For the wedge error here only the directional error must be used during the shift. Therefore, in the adjustment method and composite adjustment masks according to the present invention, there is no reason to make the JustierMicroscope adjustable in the z-direction.
1. A method for aligning an alignment microscope (1) comprising the steps of: (a) providing an adjustment mask (5), on whose one side (51) at least one
Alignment mark (53) is located and the other side (52) at least in the region (54) which is opposite to the alignment mark (53), is mirrored; (b) focusing the microscope (1) on the alignment mark (53); (c) refocusing the microscope (1) on that produced by the mirrored side (52)
Mirror image (53 ') of the alignment mark (53); (d) comparing the position of the alignment mark (53) and the generated mirror image (53 ') of the alignment mark (53);
(e) aligning the microscope (1) to register the registration mark (53) with its mirror image (53 '); (f) repeating steps (b) to (e) until the comparison in step (d) reveals that the jig mark (53) and the mirror image (53 ') of the alignment mark (53) are aligned with each other.